Типы волоконной оптики, способы изготовления и применения презентация

На полном внутреннем отражении света основана волоконная оптика. Волокна бывают стеклянные и пластиковые. Диаметр их очень маленький- несколько микрометров. Пучок этих тонких волокон называется световодом.
Волоконная оптика

Типы волоконных световодов
Чаще всего волокна подразделяют на 2 общих типа волокон:
Многомодовые волокна: Световое излучение имеет свой спектр, поэтому если сердцевина волокна широкая (это в многомодовом волокне), то больше спектральных составляющих света попадет в сердцевину.
Например мы передаем свет на длине волны 1300нм (к примеру), сердцевина многомода широкая, то и путей распространения у волн больше. Каждый такой путь и есть моды
Одномодовые: Если же сердцевина маленькая (одномодовое волокно), то путей распространения волн соотвественно уменьшается. И так как дополнительных мод гораздо меньше, то и не будет и модовой дисперсии

Типы волоконных световодов

Затухание и дисперсия мод
Затуханием: Называется потеря оптической энергии по мере движения света по волокну. Измеряемое в децибелах на километр, оно изменяется от 300 дБ/км для пластикового волокна до примерно 0,21 дБ/км для одномодового волокна.
Дисперсия : расплывание светового импульса по мере его движения по оптическому волокну. Дисперсия ограничивает ширину полосы пропускания и информационную емкость кабеля. Скорость передачи битов должна быть при этом достаточно низкой, чтобы избежать перекрытия различных импульсов. Чем ниже скорость передачи сигналов, тем реже располагаются импульсы в цепочке и тем большая дисперсия допустима. Существует три вида дисперсии:
1) модовая дисперсия; 2) молекулярная дисперсия; 3) волноводная дисперсия.

Как работает волоконная оптика
В зависимости от величины угла ϕ, который образует с осью лучи, выходящие из точечного источника в центре торца световода, возникают волны излучения 1, волны оболочки 2 и сердечника 3.

Волоконные линии связн
Сации дисперсионного уширения импульсов нужно время от времени усиливать оптический сигнал, который ослабляется, несмотря на то, что современные волоконные световоды имеют весьма низкие оптические потери (~0,2–0,3 дБ/км). Как правило, через каждые 50–100 км линии связи для усиления сигнала используются эрбиевые волоконные усилители для линий в диапазоне 1,55 мкм.

Потери
Потери в оптическом волокне возникают в результате затухания самого материала и рассеяния, в результате чего некоторое количество света попадает на оболочку под углом меньше критического.
Слишком резкое изгибание оптического волокна также может привести к потерям, поскольку часть света встречается с оболочкой под углом меньше критического.
Потери сильно варьируются в зависимости от типа волокна
Пластиковое волокно может иметь потери в несколько сотен дБ на километр
Многомодовое стекловолокно с градиентным индексом имеет потери около 2–4 дБ на километр
Одномодовое волокно имеет потери 0,4 дБ / км или менее

Типы потерь

Нелинейные эффекты в оптических волокнах
Мощный уровень и маленькая эффективная область волокна, вызывают нелинейные эффекты. С увеличением уровня мощности и числа оптических каналов, нелинейные эффекты могут стать проблемным фактором в системах передачи. Аналоговые эффекты могут быть разделены на две категории:
Явления показателя преломления вызывают фазовую модуляцию:
• Фазовая автомодуляция (SPM)
• Перекрестная фазовая модуляция (XPM)
• Четырёхволновое смешение (FWM)
2. Стимулированные явления рассеивания приводят к потерям мощности:
• Стимулированное Рамановское рассеивание (SRS)
• Стимулированное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна (SBS)

Применения волоконной оптики
Оптические волокна используются в медицинских инструментах. Введенные в тело пациента, они передают изображение органа или пораженного участка на внешнюю телекамеру, исключая тем самым необходимость исследования с помощью хирургических методов.
В автомобилях они служат для подачи света от общего источника к различным приборным панелям.
Оптические волокна связывают компьютеры, роботы, телевизионные установки и телефоны на многих заводах и в учреждениях.

Применения волоконной оптики